Töredékelemzés
A frakcionált elemzés egyik ága analitikus matematika , hogy a tanulmányok lehetőségét meghatározó hatalmak nem teljes az üzemeltetők a levezetés és integráció .
Ezek a származékok vagy frakcionális integrációk az ál-differenciál operátorok általánosabb keretei közé tartoznak .
Elgondolkodhat például azon, hogyan kell helyesen értelmezni a négyzetgyököt
D=D1/2{\ displaystyle {\ sqrt {\ mathrm {D}}} = \ mathrm {D} ^ {1/2}}
a derivációs operátor, vagyis egy bizonyos operátor kifejezése, amelynek kétszer egy függvényre történő alkalmazása ugyanolyan hatást fog eredményezni, mint a levezetés. Általánosabban megvizsgálhatjuk a definiálás problémáját
Dα{\ displaystyle \ mathrm {D} ^ {\ alpha}}
az α valós értékeire úgy, hogy amikor α egész n értéket kap , akkor visszaállítjuk a szokásos n- edik levezetést n > 0 vagy az iterált integráció esetén | n | alkalommal n <0 esetén . A „tört” kifejezést helytelenül használják: az α nem feltétlenül racionális szám , ezért helyette nem egész szám levezetéséről kell beszélnünk. A "frakcionális elemzés" kifejezés azonban hagyományos lett.
A frakcionált származékokat például a fizika bizonyos területein használják, amelyek diffúziós jelenségeket, például elektromágnesességet , akusztikát vagy termikát foglalnak magukba , diffúziós pszeudo-differenciál operátorok meghatározásával, a „ fraktálgeometria ” élfeltételeivel .
Törtrészes származék
Ennek a témának az alapjait Liouville tette le egy 1832-ben megjelent cikkében. Az x pontban lévő függvény α sorrendű deriváltját gyakran meghatározzák a Fourier-transzformációból vagy a Laplace-transzformációból .
Fontos szempont, hogy egy függvény törtrészlete az x pontban csak akkor lokális tulajdonság , ha az α sorrend egész szám; a többi esetben, többé már nem mondhatjuk, hogy a frakcionált származékot egy függvény F az x függ csak a grafikonon F szomszédságában X , ahogy ez a helyzet a értéke megrendelések levezetése.
Ennek szemléltetésére mutassuk be a „fordítás” operátort és az identitás operátort . A határ , amikor h megközelíti a 0 értéket , az operátor
T:f(x)↦f(x+h){\ displaystyle T: f (x) \ mapsto f (x + h)} énd{\ displaystyle \ mathrm {Id}}
Δ=T-éndh{\ displaystyle \ Delta = {\ frac {T - {\ rm {\ mathrm {I} d}}} {h}}}
jól megfelel az elsőrendű derivációs operátornak.
Az általánosított binomiális képletnek köszönhetően ezt az operátort nem egész számra emelhetjük. Így végtelen sorozatot kapunk :
Δα=(T-énd)αhα=1hα∑k=0∞(αk){\ displaystyle \ Delta ^ {\ alpha} = {\ frac {(T- \ mathrm {\ mathrm {I} d}) ^ {\ alpha}} {h ^ {\ alpha}}} = {\ frac {1 } {h ^ {\ alpha}}} \ sum _ {k = 0} ^ {\ infty} {\ alpha \ select k}}(-T)k{\ displaystyle (-T) ^ {k}} ,
ahol az általánosított binomiális együtthatót jelöli .
(αk){\ displaystyle {\ alpha \ select k}}
(αk)=α(α-1)(α-2)...(α-k+1)k!{\ displaystyle {\ alpha \ select k} = {\ frac {\ alpha (\ alpha -1) (\ alpha -2) \ dots (\ alpha -k + 1)} {k!}}}
Egy ilyen definíció nem egész sorrendben indukálja a derivációs művelet nem lokális karakterét .
Természetes megközelítés
Természetes kérdés merül fel: van-e olyan lineáris H operátor , amely
H2f=Df=ddxf=f′{\ displaystyle \ mathrm {H} ^ {2} f = \ mathrm {D} f = {\ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} x}} f = f '} ?
Úgy tűnik, hogy létezik ilyen operátor, sőt bármely racionális α > 0 esetén létezik olyan P operátor , amely (pontosabban, ha α = p / q , ), vagy másképp megfogalmazva, amely minden valós értékek n > 0 .
Pα=D{\ displaystyle \ mathrm {P} ^ {\ alpha} = \ mathrm {D}}Po=Dq{\ displaystyle \ mathrm {P} ^ {p} = \ mathrm {D} ^ {q}}dnemfdxnem{\ displaystyle {\ tfrac {\ mathrm {d} ^ {n} f} {\ mathrm {d} x ^ {n}}}}
Hasonló eredmény érvényes az integrációra is. Figyelembe véve az x > 0-hoz definiált f függvényt , megadhatjuk annak határozott integrálját 0-tól x-ig :
(énf)(x)=∫0xf(t)dt{\ displaystyle (\ mathrm {I} f) (x) = \ int _ {0} ^ {x} f (t) \; \ mathrm {d} t}.
Ennek a folyamatnak a megismétlésével kapjuk meg
(én2f)(x)=∫0x(énf)(t)dt=∫0x(∫0tf(u)du)dt{\ displaystyle (\ mathrm {I} ^ {2} f) (x) = \ int _ {0} ^ {x} (\ mathrm {I} f) (t) \; \ mathrm {d} t = \ int _ {0} ^ {x} \ left (\ int _ {0} ^ {t} f (u) \; \ mathrm {d} u \ right) \ mathrm {d} t},
és ezt önkényesen meg lehet ismételni.
A következő képlet, amelyet Cauchy képletének nevezünk az egymást követő integrációhoz ,
(énnemf)(x)=1(nem-1)!∫0x(x-t)nem-1f(t)dt{\ displaystyle (\ mathrm {I} ^ {n} f) (x) = {\ frac {1} {(n-1)!}} \ int _ {0} ^ {x} (xt) ^ {n -1} f (t) \; \ mathrm {d} t}
egyetlen integrállal fejezi ki az f függvény n-edik primitívjét . Ez egyenesen általánosításhoz vezet bármely valós α > 0 , sőt, szigorúan pozitív valós rész tetszőleges számú komplex száma esetén .
A gamma funkciót Γ , amely a tényezőt kiterjeszti a komplex értékekre, úgy definiálják, hogy:
nem!=Γ(nem+1){\ displaystyle n! = \ Gamma (n + 1)}.
Ha a gamma függvényt felszabadítjuk a faktoriál diszkrét természetétől, természetes jelöltet kapunk az integrációs operátor nem egész hatványaihoz:
(énαf)(x)=1Γ(α)∫0x(x-t)α-1f(t)dt(Újra(α)>0){\ displaystyle (\ mathrm {I} ^ {\ alpha} f) (x) = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alpha)}} \ int _ {0} ^ {x} (xt) ^ { \ alpha -1} f (t) \; \ mathrm {d} t \ quad (\ operátornév {Re} (\ alpha)> 0)}.
Példa:
Ha f egy hatványfüggvénnyel , a forma , majd .
f(x)=xk(k∈VS,x>0){\ displaystyle f (x) = x ^ {k} \ quad (k \ in \ mathbb {C}, \; x> 0)}(énαf)(x)=Γ(k+1)Γ(α+k+1)xα+k{\ displaystyle (\ mathrm {I} ^ {\ alpha} f) (x) = {\ frac {\ Gamma (k + 1)} {\ Gamma (\ alpha + k + 1)}} x ^ {\ alfa + k}}
Demonstráció
∫0x(x-t)α-1tkdt=xα+k∫01(1-u)α-1ukdu=xα+kB(α,k+1)=xα+kΓ(α)Γ(k+1)Γ(α+k+1){\ displaystyle \ int _ {0} ^ {x} (xt) ^ {\ alfa -1} t ^ {k} \; \ mathrm {d} t = x ^ {\ alpha + k} \ int _ {0 } ^ {1} (1-u) ^ {\ alfa -1} u ^ {k} \; \ mathrm {d} u = x ^ {\ alpha + k} \ mathrm {B} (\ alfa, k + 1) = x ^ {\ alfa + k} {\ frac {\ Gamma (\ alfa) \, \ Gamma (k + 1)} {\ Gamma (\ alfa + k + 1)}}}, ahol B a béta függvény .
A család az integrál operátorok ellenőrzi:
(énα){\ displaystyle (\ mathrm {I} ^ {\ alpha})}
énα∘énβ=énα+β{\ displaystyle \ mathrm {I} ^ {\ alpha} \ circ \ mathrm {I} ^ {\ beta} = \ mathrm {I} ^ {\ alpha + \ beta}}(ezért ).
énα∘énβ=énβ∘énα{\ displaystyle \ mathrm {I} ^ {\ alpha} \ circ \ mathrm {I} ^ {\ beta} = \ mathrm {I} ^ {\ beta} \ circ \ mathrm {I} ^ {\ alpha}}
Demonstráció
(énα)(énβf)(x)=1Γ(α)∫0x(x-t)α-1(énβf)(t)dt=1Γ(α)Γ(β)∫0x(∫0t(x-t)α-1(t-s)β-1f(s)ds)dt=1Γ(α)Γ(β)∫0xf(s)(∫sx(x-t)α-1(t-s)β-1dt)ds{\ displaystyle {\ begin {aligned} \ left (I ^ {\ alpha} \ right) \ left (I ^ {\ beta} f \ right) (x) & = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alfa)}} \ int _ {0} ^ {x} (xt) ^ {\ alfa -1} \ bal (I ^ {\ beta} f \ jobb) (t) \, \ mathrm {d} t \\ & = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alfa) \ Gamma (\ beta)}} \ int _ {0} ^ {x} \ bal (\ int _ {0} ^ {t} \ bal (xt) \ jobb) ^ {\ alfa -1} \ bal (ts \ jobb) ^ {\ beta -1} f (s) \, \ mathrm {d} s \ jobb) \, \ mathrm {d} t \\ & = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alfa) \ Gamma (\ beta)}} \ int _ {0} ^ {x} f (s) \ balra (\ int _ {s} ^ {x} \ bal (xt \ jobb) ^ {\ alfa -1} \ bal (ts \ jobb) ^ {\ beta -1} \, \ mathrm {d} t \ jobb) \, \ mathrm {d} s \ end {igazítva }}}Mi egy új változót r által t = s + ( X - ok ) R és azt kapjuk:
(énα)(énβf)(x)=1Γ(α)Γ(β)∫0x(x-s)α+β-1f(s)(∫01(1-r)α-1rβ-1dr)ds{\ displaystyle \ left (I ^ {\ alpha} \ right) \ left (I ^ {\ beta} f \ right) (x) = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alpha) \ Gamma (\ beta )}} \ int _ {0} ^ {x} \ left (xs \ right) ^ {\ alpha + \ beta -1} f (s) \ left (\ int _ {0} ^ {1} \ left ( 1-r \ jobbra) ^ {\ alpha -1} r ^ {\ beta -1} \, \ mathrm {d} r \ right) \, \ mathrm {d} s}.
Az integrál belsejében a béta funkció , amely ellenőrzi:
∫01(1-r)α-1rβ-1dr=B(α,β)=Γ(α)Γ(β)Γ(α+β){\ displaystyle \ int _ {0} ^ {1} \ bal (1-r \ jobb) ^ {\ alpha -1} r ^ {\ beta -1} \, \ mathrm {d} r = \ mathrm {B } (\ alpha, \ beta) = {\ frac {\ Gamma (\ alpha) \, Gamma (\ beta)} {\ Gamma (\ alpha + \ beta)}}},
úgy hogy
(énα)(énβf)(x)=1Γ(α+β)∫0x(x-s)α+β-1f(s)ds=(énα+βf)(x){\ displaystyle \ left (I ^ {\ alpha} \ right) \ left (I ^ {\ beta} f \ right) (x) = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alpha + \ beta)}} \ int _ {0} ^ {x} \ balra (xs \ jobbra) ^ {\ alpha + \ beta -1} f (s) \, \ mathrm {d} s = \ balra (I ^ {\ alpha + \ béta} f \ jobb) (x)}.
Sajnos a D levezetési operátor analóg folyamata lényegesen bonyolultabb. A család nem additív (általában nincs ), sőt kommutatív sem ( ) .
(Dα){\ displaystyle (\ mathrm {D} ^ {\ alpha})}Dα∘Dβ=Dα+β{\ displaystyle \ mathrm {D} ^ {\ alpha} \ circ \ mathrm {D} ^ {\ beta} = \ mathrm {D} ^ {\ alpha + \ beta}}Dα∘Dβ≠Dβ∘Dα{\ displaystyle \ mathrm {D} ^ {\ alpha} \ circ \ mathrm {D} ^ {\ beta} \ neq \ mathrm {D} ^ {\ beta} \ circ \ mathrm {D} ^ {\ alpha}}
Alapvető meghatározás
A legegyszerűbb ötlet az, hogy az n- edik deriváltra vonatkozó „szabályos” képletekből indulunk ki, és n- t a valódi α-val helyettesítünk ; így megkapjuk az exponenciális és a szinuszfüggvényre: A hatványfüggvényekre ugyanaz az elképzelés szükséges, mint korábban a gammafüggvény bevezetéséhez : mivel , meglesz . Ezekre a képletekre megvan az additivitás ( ), amely lehetővé teszi például a deriváció „négyzetgyökének” megszerzését az α = 1/2 érték felvételével .
Dα(eλx)=λαeλx{\ displaystyle \ mathrm {\ mathrm {D}} ^ {\ alpha} (\ mathrm {e} ^ {\ lambda x}) = \ lambda ^ {\ alpha} \ mathrm {e} ^ {\ lambda x}}(Dαbűn)(x)=bűn(x+απ2).{\ displaystyle (\ mathrm {\ mathrm {D}} ^ {\ alpha} \ sin) (x) = \ sin \ left (x + {\ frac {\ alpha \ pi} {2}} \ right).}dnemdxnemxk=k!(k-nem)!xk-nem{\ displaystyle {\ frac {\ mathrm {d} ^ {n}} {\ mathrm {d} x ^ {n}}} x ^ {k} = {\ frac {k!} {(kn)!}} x ^ {kn}}Dα(xk)=Γ(k+1)Γ(k+1-α)xk-α{\ displaystyle \ mathrm {\ mathrm {D}} ^ {\ alpha} (x ^ {k}) = {\ frac {\ Gamma (k + 1)} {\ Gamma (k + 1- \ alfa)}} x ^ {k- \ alpha}}Dα∘Dβ=Dα+β{\ displaystyle \ mathrm {D} ^ {\ alpha} \ circ \ mathrm {D} ^ {\ beta} = \ mathrm {D} ^ {\ alpha + \ beta}}
De ez az elemi megközelítés nemcsak nem általánosítható, hanem ellentmond az integrál operátorokból felépített általánosabb meghatározásoknak.
A tört származékok általános meghatározása
Riemann -Liouville származéka
Az ötlet, hogy határozza meg a sorrendben származékot a Re ( α ) ≥ 0 , van itt, hogy kiszámítja a szokásos N- edik származékot a frakcionált integrálját érdekében N - α , az n = ⌊Re ( α ) ⌋ + 1 . A definíciónak két változata létezik:
α∈VS{\ displaystyle \ alpha \ in \ mathbb {C}}
Dnál nél+αf(x)=dnemdxnemDnál nél+-(nem-α)f(x)=dnemdxneménnál nél+nem-αf(x){\ displaystyle \ mathrm {D} _ {a +} ^ {\ alpha} f (x) = {\ frac {\ mathrm {d} ^ {n}} {\ mathrm {d} x ^ {n}}} \ mathrm {D} _ {a +} ^ {- (n- \ alpha)} f (x) = {\ frac {\ mathrm {d} ^ {n}} {\ mathrm {d} x ^ {n} }} \ mathrm {I} _ {a +} ^ {n- \ alpha} f (x)}(for );
x>nál nél{\ displaystyle x> a}
Db-αf(x)=(-ddx)nemDb--(nem-α)f(x)=(-ddx)neménb-nem-αf(x){\ displaystyle \ mathrm {D} _ {b -} ^ {\ alpha} f (x) = \ balra (- {\ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} x}} \ jobbra) ^ {n} \ mathrm {D} _ {b -} ^ {- (n- \ alpha)} f (x) = \ balra (- {\ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} x} } \ right) ^ {n} \ mathrm {I} _ {b -} ^ {n- \ alpha} f (x)}(a ).
x<b{\ displaystyle x <b}
Az itt használt integrációs operátorok családjai és (itt Re ( α )> 0 ) általánosítják az x > 0 esetében fent definiált családot :
(énnál nél+α){\ displaystyle (\ mathrm {I} _ {a +} ^ {\ alpha})}(énb-α){\ displaystyle (\ mathrm {I} _ {b -} ^ {\ alpha})}(énα)=(én0+α){\ displaystyle (\ mathrm {I} ^ {\ alpha}) = (\ mathrm {I} _ {0 +} ^ {\ alpha})}
(énnál nél+α)f(x)=1Γ(α)∫nál nélx(x-t)α-1f(t)dt(x>nál nél){\ displaystyle (\ mathrm {I} _ {a +} ^ {\ alpha}) f (x) = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alpha)}} \ int _ {a} ^ {x} (xt) ^ {\ alfa -1} f (t) \; \ mathrm {d} t \ quad (x> a)} ;
(énb-α)f(x)=1Γ(α)∫xb(t-x)α-1f(t)dt(x<b){\ displaystyle (\ mathrm {I} _ {b -} ^ {\ alpha}) f (x) = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alpha)}} \ int _ {x} ^ {b} (tx) ^ {\ alfa -1} f (t) \; \ mathrm {d} t \ quad (x <b)}.
Példa:
Vegyük például a hatványfüggvényt , amelynek képével számoltunk . Tegyük fel, hogy Re ( k )> −1 és Re ( α ) ≥ 0 . Tehát x > 0 esetén
f(x)=xk{\ displaystyle f (x) = x ^ {k}}énα{\ displaystyle \ mathrm {I} ^ {\ alpha}}
D0+αf(x)=dnemdxnemΓ(k+1)Γ(nem-α+k+1)xnem-α+k=Γ(k+1)Γ(nem-α+k+1)Γ(nem-α+k+1)Γ(-α+k+1)x-α+k{\ displaystyle \ mathrm {D} _ {0 +} ^ {\ alpha} f (x) = {\ frac {\ mathrm {d} ^ {n}} {\ mathrm {d} x ^ {n}}} {\ frac {\ Gamma (k + 1)} {\ Gamma (n- \ alpha + k + 1)}} x ^ {n- \ alpha + k} = {\ frac {\ Gamma (k + 1)} {\ cancel {\ Gamma (n- \ alpha + k + 1)}}}} {\ frac {\ cancel {\ Gamma (n- \ alpha + k + 1)}} {\ Gamma (- \ alpha + k + 1)}} x ^ {- \ alfa + k}},
Ezért az ad hoc meghatározás fent az valójában egy speciális esete Riemann-Liouville származék.
Dα(xk){\ displaystyle \ mathrm {\ mathrm {D}} ^ {\ alpha} (x ^ {k})}
A Riemann-Liouville származék természetes változata bármely egész számra definiált függvény esetében abból áll , hogy mindenhez veszünk és ezért pózolunk :
R{\ displaystyle \ mathbb {R}}nál nél=-∞{\ displaystyle a = - \ infty}b=+∞{\ displaystyle b = + \ infty}x∈R{\ displaystyle x \ in \ mathbb {R}}
(én+α)f(x)=1Γ(α)∫-∞x(x-t)α-1f(t)dt{\ displaystyle (\ mathrm {I} _ {+} ^ {\ alpha}) f (x) = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alpha)}} \ int _ {- \ infty} ^ {x } (xt) ^ {\ alfa -1} f (t) \; \ mathrm {d} t},
(én-α)f(x)=1Γ(α)∫x+∞(t-x)α-1f(t)dt{\ displaystyle (\ mathrm {I} _ {-} ^ {\ alpha}) f (x) = {\ frac {1} {\ Gamma (\ alpha)}} \ int _ {x} ^ {+ \ infty } (tx) ^ {\ alfa -1} f (t) \; \ mathrm {d} t}
akkor, mint korábban,
D+α=dnemdxnem∘én+nem-α{\ displaystyle \ mathrm {D} _ {+} ^ {\ alpha} = {\ frac {\ mathrm {d} ^ {n}} {\ mathrm {d} x ^ {n}}} \ circ \ mathrm { I} _ {+} ^ {n- \ alpha}}és .
D-α=(-ddx)nem∘én-nem-α{\ displaystyle \ mathrm {D} _ {-} ^ {\ alpha} = \ balra (- {\ frac {\ mathrm {d}} {\ mathrm {d} x}} \ jobbra) ^ {n} \ circ \ mathrm {I} _ {-} ^ {n- \ alpha}}
Példa:
Vagy a Re ( λ )> 0 , és hagyja, hogy Re ( α ) ≥ 0 . Így,
f(x)=eλx{\ displaystyle f (x) = \ mathrm {e} ^ {\ lambda x}}
(én+α)f(x)=λ-αeλx{\ displaystyle (\ mathrm {I} _ {+} ^ {\ alpha}) f (x) = \ lambda ^ {- \ alpha} \ mathrm {e} ^ {\ lambda x}} és
(D+α)f(x)=λαeλx{\ displaystyle (\ mathrm {D} _ {+} ^ {\ alpha}) f (x) = \ lambda ^ {\ alpha} \ mathrm {e} ^ {\ lambda x}},
Ezért az ad hoc meghatározás fent az valójában egy speciális esete Liouville-Weil-származék.
Dα(eλx){\ displaystyle \ mathrm {\ mathrm {D}} ^ {\ alpha} (\ mathrm {e} ^ {\ lambda x})}
Caputo-ból származik
1967-ben Michele Caputo új meghatározást vezetett be, amelyhez nincs szükség határfeltételekre. Caputo meghatározása abban különbözik Riemann-Liouville-től, hogy n- szer végrehajtja a levezetést az n - α sorrendű integrál előtt :
VSDαf=énnem-α(f(nem))(nem-1<α<nem){\ displaystyle {} ^ {C} \ mathrm {D} ^ {\ alpha} f = \ mathrm {I} ^ {n- \ alpha} \ bal (f ^ {(n)} \ jobb) \ qquad (n -1 <\ alfa <n)}.
Ennek az az előnye, hogy nulla az f állandó esetén, és hogy Laplace-transzformációja kifejeződik f és k ( f ) kezdeti értékének felhasználásával 0 ≤ k < n esetén .
Általánosabban, az α nem egész komplex olyan, hogy Re ( α ) ≥ 0 és f a osztályú C n a [ a , b ] az n = ⌈Re ( α ) ⌉ , definiáljuk
VSDnál nél+αf=Dnál nél+α[f(t)-∑k=0nem-1y(k)(nál nél)k!(t-nál nél)k]ésVSDb-αf=Db-α[f(t)-∑k=0nem-1y(k)(b)k!(b-t)k]{\ displaystyle {} ^ {C} \ mathrm {D} _ {a +} ^ {\ alpha} f = \ mathrm {D} _ {a +} ^ {\ alpha} \ balra [f (t) - \ összeg _ {k = 0} ^ {n-1} {\ frac {y ^ {(k)} (a)} {k!}} (ta) ^ {k} \ right] \ quad {\ text {és }} \ quad ^ {C} \ mathrm {D} _ {b -} ^ {\ alpha} f = \ mathrm {D} _ {b -} ^ {\ alpha} \ balra [f (t) - \ összeg _ {k = 0} ^ {n-1} {\ frac {y ^ {(k)} (b)} {k!}} (bt) ^ {k} \ jobbra}},
és ezt megmutatjuk
VSDnál nél+αf=énnál nél+nem-α(f(nem))ésVSDb-αf=(-1)neménb-nem-α(f(nem)){\ displaystyle {} ^ {C} \ mathrm {D} _ {a +} ^ {\ alpha} f = \ mathrm {I} _ {a +} ^ {n- \ alpha} \ balra (f ^ {( n)} \ jobbra) \ quad {\ text {et}} \ quad ^ {C} \ mathrm {D} _ {b -} ^ {\ alpha} f = (- 1) ^ {n} \ mathrm {I } _ {b -} ^ {n- \ alpha} \ balra (f ^ {(n)} \ jobbra)}.
Grünwald-Letnikov származéka
Először általánosítjuk az egész sorrend hátsó véges különbségét az α > 0 beállításával :
Δhαf(x)=∑k=0∞(-1)k(αk)f(x+(α-k)h){\ displaystyle \ Delta _ {h} ^ {\ alpha} f (x) = \ sum _ {k = 0} ^ {\ infty} (- 1) ^ {k} {\ alpha \ select k} f (x + (\ alfa -k) h)},
azután
GLD+αf(x)=limh→0+Δhαf(x)hαésGLD-αf(x)=limh→0+Δ-hαf(x)hα{\ displaystyle {} ^ {GL} \ mathrm {D} _ {+} ^ {\ alpha} f (x) = \ lim _ {h \ to 0 ^ {+}} {\ frac {\ Delta _ {h } ^ {\ alpha} f (x)} {h ^ {\ alpha}}} \ quad {\ text {és}} \ quad ^ {GL} \ mathrm {D} _ {-} ^ {\ alpha} f (x) = \ lim _ {h \ to 0 ^ {+}} {\ frac {\ Delta _ {- h} ^ {\ alpha} f (x)} {h ^ {\ alpha}}}}.
Példák:
- Vagy a Re ( λ ) ≥ 0 , és hagyja, hogy α > 0 . Így,f(x)=eλx{\ displaystyle f (x) = \ mathrm {e} ^ {\ lambda x}}∀x∈RGLD+αf(x)=λαeλx{\ displaystyle \ forall x \ in \ mathbb {R} \ quad ^ {GL} \ mathrm {D} _ {+} ^ {\ alpha} f (x) = \ lambda ^ {\ alpha} \ mathrm {e} ^ {\ lambda x}},Ezért az ad hoc meghatározás fent az valójában egy speciális esete származék (nem csak a Liouville-Weil , hanem) a Grünwald-Letnikov.Dα(eλx){\ displaystyle \ mathrm {\ mathrm {D}} ^ {\ alpha} (\ mathrm {e} ^ {\ lambda x})}
- Vagy a ji ∈ ℝ , és hagyja, hogy α > 0 . Tehát, 1. példa ,g(x)=bűn(μx){\ displaystyle g (x) = \ sin (\ mu x)}∀x∈RGLD+αg(x)=μαbűn(μx+απ2){\ displaystyle \ forall x \ in \ mathbb {R} \ quad ^ {GL} \ mathrm {D} _ {+} ^ {\ alpha} g (x) = \ mu ^ {\ alpha} \ sin \ left ( \ mu x + {\ frac {\ alpha \ pi} {2}} \ right)},Ezért a fenti ad hoc meghatározás az valójában egy speciális esete Grünwald- Letnikov származék (ru) .Dα(bűn(x)){\ displaystyle \ mathrm {\ mathrm {D}} ^ {\ alpha} {\ bigl (} \ sin (x) {\ bigr)}}
Alkalmazások
Ez a matematikai terület praktikus alkalmazást talál automatikus módban a CRONE paranccsal (Robbanás nem egész sorrendben ).
Megjegyzések és hivatkozások
(en) Ez a cikk részben vagy egészben az
angol „ Differintegral ” ( lásd a szerzők listáját ) és a
„ Fractional calculus ” ( lásd a szerzők felsorolását ) című
angol nyelvű cikkekből származik .
-
Joseph Liouville, " Emlékirat a geometria és a mechanika néhány kérdéséről, és egy újfajta számításról e kérdések megoldására ", Journal de l'École polytechnique , vol. 13., 1832. 21. szakasz, p. 1-69 .
-
Joseph Liouville, " Emlékirat a különbségek kiszámításáról bármilyen indexekkel ", Journal de l'École politechnique , vol. 13., 1832. 21. szakasz, p. 71-162 .
-
A téma történetéhez lásd: Stéphane Dugowson, Les differententielles métaphysiques (a levezetési sorrend általánosításának története és filozófiája) , tézis, University of Paris XIII , 1994.
-
(a) Anatolij A. Kilbas Hari Srivastava és Juan J. Trujillo, Theory and Applications frakcionált Differenciálegyenletek , Amsterdam, Elsevier ,2006( ISBN 0-444-51832-0 , online olvasás ) , p. 75, Ingatlan 2.4.
-
(in) R. Garrappa E. Kaslik és Mr. Popolizio, " értékelése Tört integrálok és származékaik elemi függvények: Áttekintés és útmutató " , MDPI matematika ,2019. május 7Pont n o 407 ( DOI 10,3390 / math7050407 ).
-
Kilbas, Srivastava és Trujillo 2006 , p. 70.
-
Kilbas, Srivastava és Trujillo 2006 , p. 69.
-
Kilbas, Srivastava és Trujillo 2006 , p. 81., 2.5.
-
Kilbas, Srivastava és Trujillo 2006 , p. 87.
-
(in) S. Umarov, Hahn és K. Kobayashi, a háromszögön túl: Brown-mozgás, Ito Calculus és Fokker-Planck-egyenlet: Fractional Generalizations , World Scientific ,2018( online olvasható ) , p. 33-34.
-
Kilbas, Srivastava és Trujillo 2006 , p. 88., 2.11. Ingatlan.
-
(en) Michele Caputo , " A disszipáció lineáris modellje, akinek Q szinte frekvenciafüggetlen. II. ” , Geophysical Journal International , vol. 13, n o 5,1967, P. 529-539 ( DOI 10.1111 / j.1365-246x.1967.tb02303.x , Bibcode 1967GeoJ ... 13..529C ).
-
Kilbas, Srivastava és Trujillo 2006 , p. 91-92.
-
Kilbas, Srivastava és Trujillo 2006 , p. 121-122.
-
Garrappa, Kaslik és Popolizio 2019 , p. 13., 9. javaslat.
-
Garrappa, Kaslik és Popolizio 2019 , p. 16., 11. javaslat.
Lásd is
Kapcsolódó cikkek
Külső linkek
Művek
- en) Carpinteri és F. Mainardi, fraktálok és frakcionális számítás a kontinuummechanikában , Springer ,1998, 348 p. , keménytáblás ( ISBN 978-3-211-82913-4 , online olvasás )
- (en) Richard Herrmann, Tört számítás: Bevezetés a fizikusokhoz , World Scientific ,2018, 3 e . , 610 p. ( DOI 10.1142 / 11107 , online olvasás )
- (en) F. Mainardi, Törvényszámítás és hullámok a lineáris viszkoelaszticitásban: Bevezetés a matematikai modellekbe , Imperial College Press ,2010, 368 p. ( online olvasás )
- (en) Kenneth S. Miller és Bertram Ross, Bevezetés a töredékszámításba és a frakcionális differenciálegyenletekbe , John Wiley & Sons ,1993, 1 st ed. , 384 p. , keménytáblás ( ISBN 978-0-471-58884-9 )
- (en) Keith B. Oldham és Jerome Spanier, A töredékes számítás; A differenciálás és integráció elmélete és alkalmazásai az önkényes sorrendben , New York, Academic Press , coll. "Matematika a természettudományban és a műszaki tudományokban" ( n o. 111),1974, keménytáblás ( ISBN 978-0-12-525550-9 , online olvasás )
- (en) Igor Podlubny, Fraktionális differenciálegyenletek: Bevezetés a frakcionált származékokba, a frakcionális differenciálegyenletek, megoldásuk módszereibe és néhány alkalmazásukba , Academic Press , coll. "Matematika a természettudományban és a műszaki tudományokban" ( n o 198),1998, 340 p. ( ISBN 978-0-08-053198-4 , online olvasás )
- (en) Vaszilij E. Taraszov, Frakcionális dinamika: A frakcionális számítás alkalmazásai a részecskék, a mezők és a közegek dinamikájában , Springer,2010, 450 p. ( online előadás , online olvasás )
- en) Vladimir V. Uchaikin, frakcionált származékok fizikusoknak és mérnököknek , felsőoktatási sajtó / Springer,2012, 385 p. ( online előadás , online olvasás )
- en) Bruce J. West, Mauro Bologna és Paolo Grigolini, a fraktálkezelők fizikája , Springer,2003, 368 p. , keménytáblás ( ISBN 978-0-387-95554-4 , Bibcode 2003PhT .... 56l..65W , online olvasható )
Speciális folyóiratok
<img src="https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1x1" alt="" title="" width="1" height="1" style="border: none; position: absolute;">